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浙江大学实验报告:一阶RC电路地瞬态响应过程实验研究.docx

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浙江大学实验报告:一阶RC电路地瞬态响应过程实验研究.docx

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三墩职业技术学院实验报告
课程名称:电子电路设计实验指导老师:成绩: __________________
实验名称:一阶RC电路的瞬态响应过程实验研究实验类型:探究类同组学生姓名:__一、实验目的二、实验任务与要求
三、实验方案设计与实验参数计算(、、??)
四、主要仪器设备五、实验步骤与过程
六、实验调试、实验数据记录七、实验结果和分析处理
八、讨论、心得
一、实验目的
1、熟悉一阶RC电路的零状态响应、零输入响应过程。
2、研究一阶RC电路在零输入、阶跃激励情况下,响应的基本规律和特点。
3、学****用示波器观察分析 RC电路的响应。
4、从响应曲线中求 RC电路的时间常数。
二、实验理论基础

1、一阶RC电路的零输入响应(放电过程)
零输入响应:

电路在无激励情况下,由储能元件的初始状态引起的响应,即电路初始状态不为线零,输入为零所引起的电路响应。
(实际上是电容器 C的初始电压经电阻 R放电过程。)
图1
在图1中,先让开关K合于位置a,使电容C的初始电压值c
,再将开
u(0)U
0
关K转到位置b。
电容器开始放电,放电方程是
du
0)
uRCC0(t
C
dt
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可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律:
tt
t
t
i(t)
u(0)e
RC
u
RC
C
U
0
0)
(t)u(0)eU0e(t
0)
C
R
et
C
C
(
0et
式中τ=RC为时间常数,其物理意义
u(t)
R
C
是衰减到1/e(%)u(0)
所需要的时间,反映了电路过渡过程的快慢程度。
越大,暂态响应所持续的时间越长,即过渡过程的时间越长;反之,τ越小,
uC(t) 过渡过程
的时间越短。时间常数可以通过相应的衰减曲线来反应, 如
图2。由于经过5τ时间后,已经衰减到初态的1%以下,可以认为经过5τ时间,电容已经放电完毕。
图2
2、一阶RC电路的零状态响应(充电过程)
所谓零状态响应是指初始状态为零,而输入不为零所产生的电路响应。一阶
RC电路在阶跃信号激励下的零状态响应实际上就是直流电源经电阻 R向C充电
的过程。在图1所示的一阶电路中,先让开关 K合于位置b,当t=0时,将开
关K转到位置a。
duC
电容器开始充电,充电方程为 uRCU(t0)
CS
dt
初始值u(0)
c=0
可以得出电压和电流随时间变化的规律:
tt
tt
u(t)U1eU1e(t0)RC
UU
SRCS
CSS
i(t)ee(t0)
C
RR
式中τ=RC为时间常数,其物理意义是由初始值上升至稳态值与初始值差值的
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%处所需要的时间。同样可以从响应曲线中求出 τ,如图3。
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3

当方波信号激励加到RC两端时,在电路的时间常数远小于方波周期时,可以视为零状态响应和零输入响应的多次过程。方波的前沿相当于给电路一个阶跃
输入,其响应就是零状态响应;方波的后沿相当于在电容具有初始值 uc(0)时,
把电源用短路置换,电路响应转换成零输入响应。

当方波的1/2周期小于电路的时间常数时,方波前后沿对应的是瞬态过程

的其中一小部分。
由于方波是周期信号,可以用普通示波器显示出稳定的响应图形,便于观察线和作定量分析。
三、实验仪器设备
实验电路板、示波器(电路图如图所示)、直流稳压源(为电路板提供 12V电压)
测试信号产生部分实验测试部分
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四、实验任务与步骤
RC电路的零输入响应、零状态响应,描绘响应曲线,求出电路
的时间常数。
、电容的大小,重新测量电路的各种响应,分别求出每次测
量的时间常数。
,并与实验测量值比较。
五、实验操作要点
1、明确实验目的、实验要求与实验原理。
2、根据示波器的显示,描绘出各种 RC电路的响应波形,加以比较。
3、进行测量误差分析。
六、实验数据记录
表1、不同接入条件、电路状态下响应波形图、幅度及时间
电路状态
接入电路
周期内电路
响应时间
接入电容C/pF波形图


R/Ω
应幅度△U/vt/ms

线
①4300
3
零输入
响应(放
电)
②4300
4
10
③750
4
10
零状态
响应(充
电)
910010104
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